Ernest Rutherford, nükleer kimya ve nükleer fiziğin babası olarak bilinir. Rutherford’un başlıca keşifleri arasında atom çekirdeği, proton, alfa parçacığı ve beta parçacığı bulunmaktadır. Ayrıca, nükleer yarılama kavramını da keşfetmiş ve yüzyıllardan beri simyacıların en önemli tutkusunu gerçekleştirecek şekilde bir elementin bir başka elemente değiştirilmesi eylemini gerçekleştirebilmiştir.

Çocukluğu ve Gençliği

Ernest Rutherford, Yeni Zelanda’nın Güney Adası’nda Brightwater adlı bir köyde 30 Ağustos 1871 gününde dünyaya gözlerini açmıştır. Babası James Rutherford, İskoç bir çiftçi ve annesi Martha Thompson ise İngiliz bir öğretmendir.

Ernest, ailesinin Yeni Zelanda’da dünyaya getirdiği 12 çocuktan dördüncüsüdür. Yüksek zekasının yanında aynı zamanda rugby futbolu özel olmak üzere spor konusunda da yeteneklidir. Rutherford’un, bilime olan tutkusunun daha sadece 10 yaşındayken okuduğu bir fen kitabı ile öğrendiklerini kitapta önerildiği şekilde de deneyleri gerçekleştirerek başladığı söylenebilir.

Lise eğitimini, Nelson adlı küçük bir kasabada bulunan Nelson Kolejinde burslu olarak tamamlamıştır.

Liseyi tamamlayıp 18 yaşına geldiğinde ise şimdi Canterbury Üniversitesi olan Canterbury Kolejinde kazandığı burs için Christchurch şehrine gitmiştir. 1893 yılında ise bu kolejden hem matematik hem de fizik bilimi alanında onur derecesiyle mezun olmuştur.

1895 yılında ise, Canterbury Kolejinden kimya ve jeoloji alanında lisans derecesi almış ve mezun olduktan sonra bir süre öğretmen olarak çalışmıştır. Ardından, kendisinin denizaşırı ülkelerde araştırma yapmasına olanak sağlayan bir burs kazanmıştır. Bu burs ile Birleşik Krallık’ta bulunan Cambridge Üniversitesi’nde J. J. Thomson laboratuvarında çalışmaya karar vermiştir.

Önce Cambridge, Sonra Montreal, Sonra Manchester ve Sonra Tekrar Cambridge

Rutherford, 1895 yılında Cambridge’e gittiğinde henüz 24 yaşındaydı. Burada kendisini J. J. Thomson ve eşi Rose karşılamıştır.

Rutherford, Yeni Zelanda’da zaten radyo alıcısını icat etmişti. Cambridge’de ise bunu geliştirerek dünya rekoru kıracak şekilde neredeyse bir kilometre mesafeden radyo dalgalarını atespit edebilen bir alıcı üretmiştir. Ancak, radyo geliştirme konusunda girdiği mücadeleyi kısa süre sonra Guglielmo Marconi’ye kaybedecekti. Buna rağmen, bu mücadeleyi kaybetmesini çok da önemsemedi. Radyo üzerine çalışmaları zaten Cambridge’da radyoaktivite ve X-Ray’ın gazlar üzerine etkileri konusundaki araştırmaları kadar ilham verici değildi.

Rutherford’un dikkat çekecek derecede ileri derece araştırmaları Thomson’u epey etkiliyordu. 1889 yılında, Montreal McGill Üniversitesi’nde fizik bölümünde bir başkanlık açıldığında Thomson doğal olarak Rutherford’un buraya atanmasını önermiştir. Dolayısıyla, 1889 yılında, Rutherford daha 27 yaşındayken profesörlük unvanını alarak Kanada’ya doğru yola çıkmıştır. McGill’de, kendisine 1908 yılında Nobel Kimya ödülünü sağlayacak çalışmalarını yürütmüştür.

1907 yılında, McGill’de geçirdiği dokuz yıldan sonra Manchester Üniversitesi’nde Fizik Bölümü başkanı olarak atanmak üzere yeniden İngiltere’ye geri dönmüştür.

Akademik olarak Rutherford’un son yer değişikliği ise J. J. Thomson 1919 yılında Cambridge Üniversitesi’nin Deneysel Fizik bölümündeki görevinden emekli olmasıyla gerçekleşmiştir. Thomson’un eski öğrencisi olan Rutherford, kendisi de 48 yaşında Thomson’un görevini üstlenmiştir.

Rutherford’un Bilime Katkıları

Alfa ve Beta Radyasyonu

1898 yılından itibaren, Rutherford uranyum tarafından yayılan radyasyon üzerine çalışmalar yürütmüştür. Bu sırada ise iki farklı radyasyon tipi olduğunu keşfederek bunları alfa ve beta radyasyonu olarak tanımlamıştır.

Uranyumdan yayılan radyasyonun sayısı artan sayıda metal folyo katmanlarından geçmesine izin vererek;

  • Beta parçacıklarının alfa ışınlarına göre daha fazla bir nüfuz etme gücü olduğunu keşfetmiştir.

Bunların manyetik alandaki hareketine bağlı olarak ise;

  • Alfa parçacıklarının pozitif yük aldığı çıkarımını yapmıştır.

Kütlenin yüklenmeye oranını ölçerek ise şu hipotezi geliştirmiştir:

  • Alfa parçacıkları +2 yük taşıyan helyum iyonlarıdır.

Çalışmayı birlikte yürüttüğü Frederick Soddy ile birlikte, Rutherford bu sonuçları çıkarmıştır:

  • Alfa parçacıkları doğasında atomsaldır.
  • Alfa parçacıkları daha büyük atomların bozunumu sonucu ortaya çıkmaktadır, dolayısıyla atomlar genel kanının aksine parçalanamaz değildir.
  • Büyük atomlar alfa parçacıkları yaydığında, bunlar kısmen daha küçük atomlar haline gelir. Bu da radyoaktif elementlerin dağıldıklarında başka elementlere dönüşeeği anlamına gelmektedir.

Bu çalışmalar sonucunda, Rutherford nükleer radyosyandaki en yaygın üç tip olan alfa, beta ve gamma terimlerini ilk kullanan kişidir. Bu terimler, günümüzde hâlâ kullanılmaktadır. (Gamma radyasyonu Fransa’da 1900 yılında Paul Villard tarafından keşfedilmiştir.)

Rutherford, bu çalışmasıyla »elementlerin bozunumu ve radyoaktif maddelerin kimyası üzerine çalışmaları« dolayısıyla 1908 yılında Nobel Kimya ödülünü kazanmıştır.

Dünya’nın Yaşı ve Radyometrik Yaş Hesaplama

Rutherford, Dünya’da bulunan helyumun büyük çoğunluğunun radyoaktif elementlerin bozunumu sonucunda ortaya çıktığını fark etmiştir. Buna bağlı olarak ise, kayaların içinde bulunan helyuma göre yaşlarının ölçülmesine yönelik bir yöntem geliştirmiştir.

Gezegenimizin hâlâ volkanik olarak aktif olduğu gerçeğine dayalı olarak, Lord Kelvin Dünya’nın yaşının 400 milyon yıldan daha fazla olamayacağını ifade etmiştir. Buna bağlı olarak da Dünya’yı içeriden ısıtan bir başka enerji kaynağı bulunduğunduğu takdirde 400 milyon yıldan daha yaşlı olduğu iddia edilebileceğini söylemiştir.

Rutherford işte tam bu noktada Kelvin’in bahsettiği bu yeni enerji kaynağını tanımlamıştır: elementlerin radyoaktif bozunumu ile açığa çıkan enerji.

Ayrıca, radyometrik yaş hesaplama bilimini de başlatan kişidir. Bunu yaparken ise nesnelerin kaç yaşında olduğunu bulmak için radyoaktif bozunumdan faydalanmıştır.

Atom Çekirdeğinin Keşfi

Rutherford, Manchester Üniversitesi’ne geçtikten sonra, iki öğrencisiyle birlikte (HansGeiger ve Ernest Marsden) bilim tarihinin en önemli deneylerinden biri olan altın folyo deneyini gerçekleştirmiştir.

Bu deneye başlamanın nedeni, Rutherford’un araştırmaları sırasında laboratuvarındaki yeni detektöre bir radyum numunesinden beklenenden daha az alfa parçacığı ulaşmasından şüphelenmesi olmuştur. Parçacıkların hareket edebildikleri tek ortam küçük bir miktar hava olmuştur. Dolayısıyla, alfa parçacıkları tarafından taşınan yüksek miktarda enerjinin bunların sapmadan rahat bir şekilde küçük bir miktar hava içerisinden geçebilmelerine olanak sağladığı kanısı doğmuştur.

Rutherford, Geiger ve Marsden’e alfa parçacıklarının çok ince bir folyodan geçerken normal düz hatlarından ne derece saptıklarını belirleme görevini vermiştir. Geiger ve Marsden ise altın folyodan geçecek olan alfa parçacığı akımını sağlamak için radyum numunesi kullanmışlardır. Bu sırada alfa parçacıkları da elektriksel olarak kaydedilmiştir.

Elde edilen sonuçlar şaşırtıcı derecede dikkate değer bulunmuştur. Normal koşullarda, alfa parçacıklarında kısmi bir sapma beklenmesine rağmen, alfa parçacıklarının büyük çoğunluğunun altın içinden doğrudan geçtiği görülmüştür. Bunlardan yalnızca bazıları büyük oranda sapma gösterirken bazıları ise tamamen altına çarpıp geri sıçramıştır. Bu gördüklerine çok şaşıran Rutherford, bu durumu bir savaş zırhlısının silahlarından kağıt mendile doğru ateş edildiğinde bazı güllelerin kağıt mendilden geri sıçramasına benzetmiştir.

Rutherford, bunun sonucunda eski hocası Thomson’un atom modelinin yerini alacak şekilde yeni bir atom modeli geliştirip önermiştir. Bu yeni model, atomların küçük ve çok yoğun bir çekirdeğe sahip olduğunu belirtmektedir. Bu adımla birlikte, elde ettiği deneysel veriler sonucunda atom çekirdeği de keşfedilmiştir ve Rutherford atom modeli tarih sayfasında atom modelleri arasına girmiştir.

Rutherford, her ne kadar daha önce gerçekleştirdiği çalışmalardan dolayı bir Nobel Ödülü almış olsa da atom çekirdeğinin keşfi muhtemelen kendisinin en önemli başarısıdır demek yanlış olmayacaktır.

Nükleer Reaksiyonlar

Rutherford, yukarıda da bahsettiğimiz şekilde, simyacıların yüzyıllardır rüyalarını süsleyen bir elementten başka bir element elde etme başarısını gerçekleştirmiştir. Öyle ki, 1919 yılında, nitrojen atomlarından oksijen atomları elde etmiştir. Bunu yaparken, nitrojeni alfa parçacıklarıyla patlatmıştır.

Proton’un Keşfi

Yukarıda bahsedilen nükleer reaksiyonda hidrojenin oluştuğunu fark ettikten sonra, Rutherford hidrojenin atom çekirdeğinin aslında temel bir parçacık olabileceğinden şüphelenmiştir. Dolayısıyla, atom çekirdeklerinin oluşumunda bir yapı taşı veya bir tuğla olabileceğini düşünmüştür. Bunu da, söz konusu bir parçacığa “proton” adını vererek formüle etmiştir.

Nötron Tahmini

Rutherford, aynı zamanda atom çekirdeklerinin kararlılığı hakkında da hesaplamalar yapmıştır. Bu hesaplamalar sırasında, atom çekirdeğinde nötr bir parçacık olmadığı durumda pozitif yüklü protonların atom çekirdeğinin dağılmasına yol açacağını fark etmiştir. Her ne kadar tam olarak bunu deneysel olarak keşfedememiş olsa da, söz konusu bu varsayıma dayalı parçacığa nötron adını vermiştir.

Nötron’un deneye dayalı varlığını kanıtlayacak olan kişi Rutherford Araştırmaları Yönetici Asistanı James Chadwick olacaktır. Chadwick’in nötronun deneye bağlı keşfi ancak 1932 yılında gerçekleşmiştir.

Rutherford’un Karakter Özellikleri ve Kişisel Hayatı

Ernest Rutherford, aslında klasik bilim insanı tipine çok da uygun bir karaktere sahip değildir. Kendisi, aklına geleni doğrudan söyleyen pratik bir insandı. Bazı insanlar, tarihin en önemli bilim insanlarından biri olan Rutherford’u çiftçi dahi zannetmişlerdir çünkü kendisi dış görünüşüne hiç de dikkat etmemesiyle bilinirdi.

Ayrıca, sınırsız bir enerji ve istekle dolu olduğu da biliniyordu. Hatta, kendisiyle birlikte çalışan birçok kişi Rutherford’un hızına ayak uyduramadığını defalarca dile getirmiştir.

Ernest Rutherford, yaşamı boyunca birçok ödüle sahip olmuştur. Nobel Ödülüne ek olarak, 1914 yılında “Sir” unvanı almış ve hatta 1931 yılında Baron Rutherford unvanını alarak bir İngiliz Lordu dahi olmuştur.

Rutherford, 1937 yılında, 66 yaşındayken bağırsak yetmezliğinden hayatını kaybetmiştir. Öldükten sonra yakılan bedeninin külleri; Isaac Newton, LordKevin, Charles Darwin ve Charles Lyell ile birlikte Westminster Abbey kilisesine gömülmüştür.

Periyoduk tablonun 104 numaralı elementi Rutherford’un anısına Rutherfordyum olarak adlandırılmıştır.

Kaynak: https://www.famousscientists.org/ ernest-rutherford/